臭氧工藝在廢水脫色中的應用
摘要：某污水廠原有廢水處理工藝難以使出水色度穩定達標排放，且存在加藥量大，導致的三氯甲烷超標的風險。采用臭氧工藝對廢水進行脫色處理改造，結果表明，改造后的臭氧處理系統穩定，效果良好，對色度、COD 的去除率分別為70%、15%，滿足去除色度和遠期去除惰性COD 的要求，減少后續藥劑的投加量，出水水質達到上海市污水綜合排放標準（DB 31/199－2009）二級排放標準。臭氧系統運行費用0.39 元/m3，整個運行費用比改造前減少0.07 元/m3。
關鍵詞：臭氧；脫色；三氯甲烷；技術改造
排放廢水中含有很高的色度，不僅影響接納水體的美觀，特別是嚴重影響太陽光的投射而妨礙水生生物的生長繁殖，因此，必須使廢水出水色度達標排放。目前，國內外常見的脫色方法有混凝脫色、吸附脫色、臭氧氧化、膜分離技術等[1]，采用常規的混凝脫色法不能有效達到脫色的效果，而且產生大量污泥需二次處理，吸附脫色具有選擇性，價格較高，再生困難等問題，膜分離技術主要存在膜堵塞，膜污染和投資高的問題[2]。
臭氧是一種極強的氧化劑，能有效去除色、臭、味、酚氰、惰性COD 等，目前利用臭氧技術脫色，在染料、制漿、檸檬酸行業已有相關文獻報告[3-4]，這些文獻大都處于試驗研究階段，工程上應用較少，工程上應用臭氧技術主要集中于深度處理和回用方面[5-6]。本文利用臭氧技術用于廢水的脫色處理改造項目，使其出水色度達到上海市污水綜合排放標準（DB 31/199－2009）二級排放標準規定的色度≤50 倍。
1 原工藝及存在問題
1.1 原有工藝流程
原廢水處理工藝流程見圖1。各用戶排放廢水經混合均化后進入中和池，進行pH 調整至6～9，后出水自流入缺氧池，在反硝化菌作用下，并有外加的乙酸提供能量，將硝態氮變成氮氣從水中去除，并在缺氧條件下大分子物質改變成小分子結構，提高其生化性，缺氧池出水流入曝氣池，進行含碳物質的生物去除和生物硝化作用，二沉池的污泥回流至缺氧池進口，防止硝態氮在二沉池發生反硝化，造成污泥上浮，并使生物系統的活性物質濃度保持恒定，二沉池出水進入氣浮池，以提高出水中與懸浮物有關的污染物指標的去除率，實現深度處理，為保證出水色度達標，出水投加次氯酸鈉進行氧化脫色，后投加亞硫酸氫鈉確保出水總余氯達標，剩余污泥脫水后外運焚燒處理。
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圖1 原廢水處理工藝流程
Fig.1 Flow chart of original wastewater treatment process
1.2 存在問題
廢水經生化+氣浮處理工藝后，雖然能保證COD、BOD5、TN 能達標排放，但依然存在如下問題：
（1）出水色度不能穩定達標排放。污水廠有機廢水的進水色度高，發色成份復雜，尤其是有一家客戶有機廢水色度高達3 000 度左右（鉑鈷比色法）。雖然污水廠生物處理工藝和后續的氣浮裝置對色度有一定的去除率，但去除率僅約為28%，氣浮池出水達250～300 度（鉑鈷比色法），為此采取了在出水調節池前投加次氯酸鈉的方式，進一步去除色度，保證出水色度達標。
（2）三氯甲烷不能穩定達標排放。污水廠進水有機廢水色度波動大，實際運行中往往造成次氯酸鈉過量投加，投加量達11～15 t/d，經過最近一個月的統計，發現在出水調節池前加入次氯酸鈉后，三氯甲烷的日平均負荷增加了177%，這不僅造成加藥量的浪費，而且造成三氯甲烷超標風險。
（3）污水廠事故池利用率低。高色度廢水被儲存于事故池，后逐步稀釋進入處理系統，削弱了污水廠對其他超標廢水應急接收能力。
2 工藝改造
2.1 工藝水質、水量
考慮到遠期對排放標準的提高，以及污水廠擴建的影響，設計臭氧處理水量2.5 萬m3/d，臭氧工藝設計進水水質及排放標準見表1。
表1 臭氧工藝設計進水水質與排放標準
Tab.1 Design influent quality and discharge standard
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2.2 工藝流程
改造后的工藝流程如圖2 所示。廢水經生化+氣浮處理工藝后，進入臭氧接觸池，氧化脫去水中的色度，遠期也可滿足去除惰性COD 的要求，保留次氯酸鈉和亞硫酸氫鈉加藥投加系統，確保進水色度波動較大時，出水色度等指標能穩定達標。
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圖2 改造后廢水處理工藝流程
Fig.2 Flow chart of current wastewater treatment process
2.3 主要構筑物及其工藝參數
臭氧接觸池：平面尺寸23.4 m×8.2 m，有效水深7.0 m，1 座2 格，接觸時間55 min，臭氧投加量18～25 mg/L。
臭氧制備間：平面尺寸25.0m×15.7m，內設臭氧發生器1 套（含氮氣投加系統，臭氧發生系統，臭氧投加與擴散系統、臭氧尾氣破壞系統、供配電系統，儀表與PLC 控制系統、管道系統等，考慮到遠期去除惰性COD 的要求，預留3 套空位）；空壓機系統1 套（包括空氣壓縮機，后冷卻器，空氣儲罐，過濾器等），冷卻水系統1 套（包括冷卻水循環泵，換熱器等）。
液氧儲存區：新增1 套儲罐，V=30 m3，儲罐與道路的間距滿足《建筑設計防火規定》。
3 運行結果
3.1 色度去除效果
經過2 個多月的調試，臭氧系統進入了穩定運行期，目前考慮到水量和經濟原因，臭氧處理系統只運行一條線。由圖3 可知（圖中數據為10 月2 日～11 月1 日），臭氧對色度去除效率在65%～75%左右，而10 月3 日時，臭氧對色度的去除率不到50%，盡管當天加大了臭氧的投加濃度，但分析發現色度去除率并沒有得到很大的提高，也只有52%，分析發現10 月3 日的進水量為15 687 m3/d，進水色度306 度（鉑鈷色度），而設計的每格臭氧系統的處理水量12 500 m3/d，色度250 度（鉑鈷色度），進水色度負荷遠遠高于設計值，這可能是導致色度去除效率低下的原因。
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圖3 臭氧對色度的影響
Fig.3 Effect of ozone on effluent color
廢水經臭氧氧化后，出水色度還在40～100 度左右，為此，還需投加次氯酸鈉進行進一步的氧化脫色，投加量約3 t/d，出水井色度都在32 度（鉑鈷色度）以下，三氯甲烷小于0.03 mg/L，10 月中旬環保部門監測結果顯示，色度為35 倍，COD 為60 mg/L，臭氧系統已通過環保驗收。
3.2 COD 去除效果
惰性COD 很難通過生物方法去除，臭氧的強氧化性可以有效去除一定惰性COD，從圖4 可以看出，臭氧工藝進水COD 約70 mg/L，出水COD 約為58 mg/L，COD 去除率約在15%左右，可滿足遠期COD 排放標準提高的需要，目前，COD 排放標準為小于100 mg/L。
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圖4 臭氧對COD 的影響
Fig.4 Effect of ozone on effluent COD
4 工程效益分析
4.1 投資費用
整個工程總投資約為2 000 萬，其中土建350萬，設備、材料費用1 200 萬，其它費用（工程安裝費、設計費、管理費等）約450 萬。
4.2 運行費用
改造前后系統的實際運行費用比較見表2，表2只比較臭氧系統和后續加藥運行費用，不考慮折舊也不涉及到前端處理運行費用。
從表2 可知，新建臭氧工藝后，雖然增加了臭氧電耗等運行費用，但大大降低了藥劑成本，處理系統的總費用比改造前節約了0.07 元/m3，并且臭氧系統操作簡單，易于控制，減少了改造前藥劑投加的人力。
表2 改造前后運行費用比較
Tab.2 Comparison of operation cost before and after
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4.3 社會及環境效益
污水廠改造完成后，不但有效解決出水色度，三氯甲烷的不達標問題，消減了排入水體COD 的總量，而且有利于海洋生態環境的保護，改善人們的生活環境，促進經濟的發展。
5 結論
采用臭氧工藝能夠滿足污水廠對色度達標處理和遠期去除部分惰性COD 的要求，臭氧系統運行費用0.39 元/m3，整個運行費用比改造前減少0.07 元/m3，因而具有較強的經濟優勢和技術優勢。
參考文獻：
[1] 汪大翚,徐新華,宋爽.工業廢水中專項污染物處理手冊[M].北京:化學工業出版社,2000.
[2] 陽立平,肖賢明.焦化廢水脫色研究進展[J].工業用水與廢水,2008,39(5):6-10.
[3] 潘尋,胡月容.臭氧處理檸檬酸廢水的實驗研究[J].工業水處理,2007,27(3):31-34.
[4] 方蘭玉,張磊,王欣明,等.利用臭氧對造紙制漿中段廢水處理的試驗研究[J].中國給水排水,2008,24(7):99-101.
[5] 白宇,劉金瀚,甘一萍,等.臭氧－活性炭－反硝化濾池在污水再生回用中的應用[J].給水排水,2008,34(8):49-53.
[6] 王淑梅,陳少華,張召基,等.立體循環氧化溝/ 臭氧活性炭工藝用于污水回用工程[J].中國給水排水,2011,27(20):50-54
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